Dark Radiation or Warm Dark Matter from long lived particle decays in the light of Planck
虽然普朗克的数据支持标准ΛCDM模型，但它仍然允许暗辐射的存在，相当于大约一半的额外标准中微子种类。我们提出了一个方案，从热产生的粒子衰变成一个更轻的稳定遗物加标准费米子获得分数的“有效中微子物种”。在寿命远大于1秒时，遗迹粒子和非热中微子成分都对暗辐射有贡献。通过增加稳定粒子与不稳定粒子的质量比，遗迹粒子不再充当暗辐射，而是成为质量为O（1 keV-100 GeV）的暖暗物质的候选者。在这两种情况下，都有可能解决锂的问题。
2013-06-25 astro-ph.CO hep-ph
Bounds on Long-lived Dark Matter Mediators from Neutron Stars
该研究利用高能中微子观测，对带有长寿命中微子衰变媒介子的重暗物质理论参数空间给出约束，证明其可补充地面探测、覆盖常规手段无法触及的参数区间。
2023-06-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Simplified models of dark matter with a long-lived co-annihilation partner
我们引入了一组新的简化模型，以解决暗物质粒子之间的3点相互作用的影响，其黑暗的共同湮灭的合作伙伴，和标准模型的自由度，我们采取的τ轻子。从暗物质共湮灭渠道的贡献是高度相关的确定正确的遗迹丰度。我们调查这些影响，以及在大型强子对撞机的暗物质共湮灭合作伙伴的发现潜力。一个小的质量分裂之间的暗物质和它的合作伙伴是首选的共湮灭机制，并表明，共湮灭的合作伙伴可能是长寿（稳定或亚稳定）在对撞机规模。有人认为，这种长寿命的带电粒子可以在大型强子对撞机上寻找异常带电轨道。这种方法和基础模型提供了一种替代/补充单射流和多射流的暗物质搜索广泛使用的简化模型的上下文中的s通道介质。我们考虑了四种不同的粒子自旋和耦合结构的简化模型。这些模型中的一些是明显的规范不变和可重正化的，其他的最终需要UV完成。这些可以实现在超对称模型的neutralino-stau共湮灭制度，以及模型与额外的维度或复合模型。
2017-06-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
QCD axion dark matter from long-lived domain walls during matter domination
Peccei-Quinn机制的畴壁问题可以解决，如果Peccei-Quinn对称性被明确地破缺了一个小的量。畴壁衰变成轴子，这可能解释宇宙的暗物质。然而，这个计划是强烈的限制，过度生产的轴子，除非明确的破缺项的相位进行调整。我们调查的情况下，宇宙是物质占主导地位的周围的温度的兆电子伏规模和畴壁衰变在这个物质占主导地位的时代。我们展示了如何可行的参数空间扩展。
2018-02-02 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on long-lived di-baryons and di-baryonic dark matter
针对理论质量预测差异显著的长寿命六夸克态 $S$，本文通过约束其与两个重子的有效 Yukawa 耦合 $\ ilde{g}$，改进现有观测限制，并给出 $S$ 作为暗物质时的额外约束。
2023-09-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Self-Destructing Dark Matter
我们提出了自毁暗物质（SDDM），这是一类新的暗物质模型，可以在大型中微子探测器中探测到。在这类模型中，暗物质的成分可以通过地球中的原子核或电子的散射从长寿命状态转变为短寿命状态。短暂的状态然后衰变为标准模型粒子，产生一个暗物质信号，其可见能量与暗物质质量相当，而不仅仅是它的反冲。这导致在具有高能量阈值的大型探测器中产生引人注目的信号。我们提出了几个例子的模型，表现出自我毁灭，所有的启发束缚态动力学的标准模型。考虑中的模型表现出丰富的现象学，可能具有一个，两个，甚至三个轻子对的事件，每个轻子对具有固定不变的质量和固定的能量，以及非平凡的方向分布。这激发了在大型地下探测器如Super-K，Borexino，SNO+和DUNE中专门搜索暗物质的动机。
2017-12-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter and Baryogenesis from Visible-Sector Long-Lived Particles
本研究提出标准模型的最小扩展，通过与夸克耦合的长寿命费米子及GeV级暗物质候选体，借助有色标量衰变、早期物质主导及重子数破缺过程解释暗物质与重子生成，且其参数空间可被未来实验探测。
2023-06-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Matter Results from 225 Live Days of XENON100 Data
我们报告的搜索粒子暗物质的氙100实验，在2011年和2012年期间在国立大萨索大学（LNGS）运行了13个月。氙100在目标能量区具有（5.3 \pm 0.6）\times 10^-3事件（kg day keVee）^-1的超低电磁背景。对\times 34 kg暴露的224.6个存活日进行盲法分析，未发现暗物质相互作用的证据。在6.6-30.5 keVnr的预定核反冲能量范围内观察到的两个候选事件与（1.0 \pm 0.2）事件的背景预期一致。使用6.6-43.3 keV能量范围的李克图分析，为质量大于8 GeV/c^2的WIMP与核子的自旋无关弹性散射截面设定了最严格的极限，在55 GeV/c^2和90%置信水平下，最小值为2 \times 10^-45 cm ^2。
2013-03-20 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Stellar Cores Live Long and Prosper in Cuspy Dark Matter Halos
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
研究通过模拟表明，具有核心的恒星系统可在尖峰暗物质晕中稳定存在，挑战了冷暗物质模型的某些结论。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Updated constraints on decaying cold dark matter
本文更新了以暗辐射（DR）为衰变产物的简单衰变冷暗物质（DCDM）模型的约束条件。我们考虑了两种不同的寿命机制，即短寿命和长寿命，并使用普朗克（2018）的最新CMB数据来推断衰变参数的新约束，并与之前的普朗克数据（2015）推断的约束进行比较。我们在此表明，最新的CMB数据约束的DCDM的分数的两倍，在长寿命的制度，导致我们目前最好的2 $σ$上限的$f_{\rm dcdm}<2.44\%$。在短寿命的制度，我们得到一个稍微宽松的2 $σ$上限的$f_{\rm dcdm}<13.1\%$相比，以前的CMB数据。如果我们包括来自BOSS DR-12的重子声振荡数据，则长寿命和短寿命区域中的约束分别放松到$f_{\rm dcdm}<2.62\%$和$f_{\rm dcdm}<1.49\%$。我们还研究了这个模型如何影响哈勃和$σ_8$的紧张局势，我们发现，每个衰变制度可以稍微缓解不同的紧张局势之一。因此，该模型不能同时适应这两种紧张局势，对每一种紧张局势的改进都不显著。我们进一步改进以前的工作，通过彻底分析短寿命DCDM的辐射密度的影响，并推导出短寿命DCDM和校正，$ΔN_{\rm eff}$，有效数量的无质量中微子物种之间的映射。
2021-05-12 astro-ph.CO
Do we live in a "Dirac-Milne" universe?
LCDM标准模型，虽然是目前宇宙学数据的一个很好的参数化，但需要两个尚未观测到的成分，暗物质和暗能量，超过95%的宇宙，以及高水平的微调。面对这种不令人满意的情况，我们研究了一种非传统的宇宙学，Dirac-Milne宇宙，一种物质-反物质对称宇宙学，其中反物质被认为是负的活动引力质量。我们表明，这个宇宙显着满足宇宙年龄，大爆炸核合成和Ia型超新星数据的宇宙学检验。最令人惊讶的是，它还提供了宇宙微波背景的第一个声学峰值的度标。这个简单的模型，没有任何可调参数，也不需要暗物质或暗能量，提醒我们应该寻找比目前的LCDM标准模型更简单和更有动力的宇宙学模型。
2009-03-13 astro-ph.CO
Structure of Dark Matter Halos in Warm Dark Matter models and in models with Long-Lived Charged Massive Particles
我们研究了暖暗物质（WDM）模型和长寿命带电大质量粒子（CHAMP）模型中非线性结构的形成。CHAMPs的衰变寿命约为1年，通过在热背景中的声学振荡，在亚星系尺度上诱导物质功率谱的特征抑制。我们探讨在这样一个模型的结构形成。我们还研究了三种WDM模型，其中暗物质粒子是通过以下机制产生的：i）WDM粒子是在热背景中产生的，然后运动学解耦; ii）WDM粒子是由热重玻色子衰变产生的费米子; iii）WDM粒子是由非相对论重粒子衰变产生的。我们表明，三种模型的线性物质功率谱的特点都是在物质辐射平等的共动的金斯尺度。此外，我们也可以描述的线性物质的功率谱的长寿命CHAMP模型在适当定义的特征截止尺度k_{Ch}，类似于WDM模型。我们进行大型宇宙学N体模拟，研究这四个模型中的结构的非线性增长。我们比较了模拟的银河系大小的晕中晕质量函数、晕下质量函数和晕下的径向分布。我们研究了k_{cut} =51、410、820 h/Mpc的模型，并证实这些统计数据在不同的WDM模型和长寿命CHAMP模型之间确实相似。结果表明，截断尺度k_{cut}不仅可以表征线性功率谱，而且可以用来预测非线性聚类特性。在k_{cut} ~50-800 h/Mpc的范围内，银河系大小的晕中暗晕的径向分布与观测到的分布一致，这种模型解决了所谓的“卫星缺失问题”。
2013-01-13 astro-ph.CO hep-ph
Results from 730 kg days of the CRESST-II Dark Matter Search
CRESST-II低温暗物质搜索旨在通过CaWO $_4$晶体中原子核的弹性散射来探测WIMP，2011年完成了730千克天的数据采集。我们提出了八个探测器模块收集的数据，每个都有一个双通道读出，一个声子信号和其他巧合产生的闪烁光。前者提供了由相互作用沉积的能量的精确测量，并且闪烁光与沉积能量的比率可以用于区分不同类型的相互作用粒子，从而区分可能的信号事件与主导背景。67个事件被发现在接受区的低能核反冲形式的WIMP信号将被预期。我们估计这一观测的背景贡献来自四个来源：1）来自e/γ带的“泄漏”，2）来自α粒子带的“泄漏”，3）中子和4）来自Po-210衰变的Pb-206反冲。使用极大似然分析，我们发现，在一个高的统计意义，这些来源本身是不足以解释的数据。由于散射的相对轻的WIMP的信号可以解释这种差异，我们确定相关的WIMP参数。
2011-09-04 astro-ph.CO
Cosmological and astrophysical signatures of dark matter annihilations into pseudo-Goldstone bosons
我们研究了一个模型，其中暗物质粒子是一个手征费米子场下的全球$U(1)$对称性，假设是自发破缺，导致伪戈德斯通玻色子（PGB）。我们认为，暗物质湮灭成PGB决定了暗物质遗迹丰度。此外，我们还注意到，对PGB的实验搜索允许非常长寿命的PGB，其寿命比宇宙的年龄长得多，或者相对短寿命的PGB，其寿命短于一分钟。因此，出现了两种不同的情况，产生了非常不同的签名。在长寿命PGB的情况下，PGB可能对宇宙的辐射能量密度有很大的贡献。另一方面，在短寿命的PGB的情况下，由于衰变长度短于1秒差距，s波湮灭成PGB和$CP$甚至暗标量在银河系中心可能会导致在伽马射线能谱中的一个强烈的盒子功能，提供PGB衰变分支比成两个光子是相当大的。我们还分析了这两个方案的限制，从热生产，希格斯粒子的不可见衰变宽度和直接暗物质搜索。
2014-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
First Dark Matter Search Results from the Large Underground Xenon (LUX) Experiment
大型地下氙（LUX）暗物质实验正在美国南达科他州铅市桑福德地下研究设施地下1.5公里处进行。在2013年，该实验在85.3个生存日的时间内有10，091千克-天的WIMP搜索暴露。这第一次暗物质搜索在WIMP质量范围内对WIMP-核子相互作用横截面进行了世界上最严格的限制，并且与DAMA，CoGeNT和CDMS-II Si的低质量WIMP信号暗示紧张。LUX将于2014年开始为期300天的运行，将灵敏度提高5倍。从中子双散射技术获得的低能校准将进一步限制和减少系统学，特别是对于低WIMP质量。
2014-05-22 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
The Hubble Tension: Relativistic Dark Matter Production from Long-lived Particles
本研究提出通过有效场论描述伴随中微子的相对论性暗物质产生以增加早期宇宙自由度，推导了不同暗物质场的有效能量标度极限，发现标量暗物质在增加相对论性物种方面更有效，且弱标度质量需由普朗克标度算符控制以缓解哈勃张力。
2024-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Complementarity between Cosmic String Gravitational Waves and long-lived particle searches in a laboratory
Nanjing Normal University（南京师范大学）；Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）；University of Warsaw（华沙大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文针对亚稳态长寿命粒子催化的早期物质主导时期，通过U(1)扩展暗区示例证明宇宙弦引力波探测与实验室长寿命粒子搜索的互补性，确定了对应实验的互补参数空间。
2025-11-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Phenomenology of Dark Matter annihilation into a long-lived intermediate state
我们提出了一个方案，暗物质（DM）湮灭到一个中间状态，旅行的距离$λ\equiv v/Γ$的数量级的星系尺度，然后衰变到标准模型（SM）粒子。长的寿命分散的SM粒子的生产区远离银河系中心，因此，放松约束的伽玛射线观测规范湮灭的情况下。我们利用这一设置来解释电子和正电子过剩最近观察到的PAMELA，ATIC和费米。虽然在通常的DM湮灭的解释似乎与伽马射线观测相冲突，我们表明，在提出的方案，PAMELA/ATIC/费米的结果是一致的伽马射线数据。从衰变方案的区别discsussed，我们评论的DM生产在LHC的前景。中间态的典型衰变长度$λ\gtrsim 10$ kpc可以从一个被$Λ\sim 10^{13}$ GeV尺度所抑制的六维算符得到，这个尺度大致是中微子质量的跷跷板尺度。
2009-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Minimal Dark Matter and Leptogenesis
一个狄拉克费米子携带一个积分弱同位旋和消失的超荷被认为是它的中性分量可以是一个有希望的暗物质候选者（称为最小暗物质），其质量为100 GeV的顺序。虽然对称粒子数会因为快速的规范相互作用而湮灭，但它的不对称丰度应该是由超对称I型跷跷板机制中的右手中微子超场衰变产生的。通过求解一组近似的玻尔兹曼方程，计算了产生暗物质和轻子不对称性的效率。这种情况的一个引人注目的特征是存在一个长寿命的单电荷或多电荷标量和一个短寿命的单电荷费米子，它们的轨道可以在LHC中很容易地找到。
2011-02-16 astro-ph.CO hep-ph
XENON100 Dark Matter Results from a Combination of 477 Live Days
我们报告了XENON 100实验的WIMP搜索结果，结合了2010年1月至2014年1月的三次运行，总计477天。前两次运行的数据已经公布。在合并结果之前，对2013年4月至2014年1月期间记录的最后一次运行进行盲态分析。实验的超低电磁本底，电子反冲排斥前的~ $5 \times 10^{-3}$事件/（keV $_{\mathrm{ee}}\times$ kg $\times$ day），加上增加48 kg $\times$ yr的暴露，提高了灵敏度。使用能量范围为（6.6 - 43.3）keV $_{\mathrm{nr}}$的轮廓似然分析为大于8 GeV/ $c^2$的WIMP质量的弹性、自旋无关的WIMP-核子散射截面设定了极限，在50 GeV/ $c^2$和90%置信水平下，最小值为1.1 $\times 10^{-45}$ cm $^2$。我们还报告更新的约束的弹性，自旋相关的WIMP核子截面获得相同的数据。我们在WIMP质量为50 GeV/ $c^2$时，在90%置信水平下，将WIMP-中子（质子）截面的上限设定为最小值2.0 $\times 10^{-40}$ cm $^2$（52 $\times 10^{-40}$ cm $^2$）。
2017-01-12 astro-ph.CO physics.ins-det
Dark matter, neutron stars and strange quark matter
我们发现，自湮灭中性子WIMP暗物质吸积到中子星上可能提供了一种机制，种子紧凑的物体与长寿命的块奇怪的夸克物质，或奇异，WIMP质量超过几个GeV。这种效应可能会触发恒星的大部分转化为一颗奇怪的恒星。我们使用的能量估计的基础上的长寿命的奇异夸克的费米气体模型结合麻省理工学院袋模型设置一个新的限制的可能值的WIMP质量，可以特别是相关的次优势物种的大规模中性伴。
2010-09-04 astro-ph.CO nucl-th
Discovery potential of a long-lived partner of inelastic dark matter at MATHUSLA in $U(1)_{X_3}$ extension of the standard model
本文研究了标准模型 $U(1)_{X_3}$ 扩展中非弹性暗物质的长寿命伴生粒子在 MATHUSLA 实验的发现潜力，发现 $U(1)_{R_3}$ 模型下该粒子飞行距离可达百米级且产生截面可观，能被有效探测。
2025-07-15 astro-ph.CO hep-ph
The most luminous quasars do not live in the most massive dark matter haloes at any redshift
类星体代表着宇宙中最明亮的活动星系核（AGN），并被认为是亮度高达10^48 erg/sec的惊人增长的黑洞（BH）的位置。人们通常认为，这样一个极其高能的过程将发生在暗物质（DM）分布中质量最大的束缚结构中。我们发现，与这一预期相反，在包含活动星系核反馈的星系形成模型中，类星体被预测生活在平均DM晕环境中，典型质量为10^12 M太阳的几倍。这一基本预测源于类星体活动（即，在活动星系核反馈作用的DM晕中，亮度大于10^46 erg/sec的BH吸积被抑制。在我们的模拟中，类星体的星系宿主被确定为超大质量（气体和恒星）的球状星系，其中BH吸积是通过星系合并或长期过程触发的。我们进一步证明了z=0的高红移（z~6）类星体的后代跨越了广泛的形态、星系和晕质量。到目前为止，z~6 BH通常仅增长适度的因子。值得注意的是，高红移类星体从来没有居住在当时最大的DM晕中，它们的后代很少在z=0的最大质量晕中发现。我们还表明，在观测上，它是很有可能发现的类星体周围的星系在z~5的丰度增强。然而，与DM分布的极端峰值处预期的过密度相比，这些增强明显较弱。因此，在$z\gtrsim5$宇宙中探测到的类星体不太可能精确地指出超星系团祖先在本宇宙中的位置。
2013-05-09 astro-ph.CO
Gravitational Wave Spectral Shapes as a probe of Long Lived Right-handed Neutrinos, Leptogenesis and Dark Matter: Global versus Local B-L Cosmic Strings
Nanjing Normal University（南京师范大学）；University of Warsaw（华沙大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
研究通过引力波谱特征探讨长寿命右-handed中微子在早期物质主导时期的 imprint，揭示其对暗物质和重子生成的影响，利用LISA和ET探测中微子质量及有效质量。
2026-02-05 astro-ph.CO hep-ph
A New Method for Analysing Dark Matter Direct Detection Data
暗物质直接探测的实验情况已经到达了一个令人兴奋的十字路口，从CDMS，CoGeNT，CRESST-II和DAMA实验中发现暗物质（DM）的潜在线索与氙基实验（如XENON100和LUX）的零结果紧张。鉴于目前有争议的实验状态，重要的是，用于搜索DM在直接检测实验的分析方法是强大的和灵活的，足以处理的数据，信号和背景点之间的区别是困难的，因此，在设置一个限制或定义一个发现区域之间的选择是有争议的。在这篇文章中，我们提出了一种新的（贝叶斯）分析方法，它可以应用于所有的直接检测实验，并从数据中提取最大量的信息。我们将我们的方法应用于XENON100实验数据作为工作示例，并表明首先，对于225个存活天数的数据，我们在90%置信度下的排除限与他们自己的一致，但对于100个存活天数的数据，我们的排除限要强几倍。其次，我们发现，由于在225天的数据集中的两个点在S1和S2的低值，我们的分析指出，要么弱的一致性与低质量的暗物质或可能存在一个未知的背景。考虑到LUX的空结果，后一种情况似乎更合理。
2014-02-12 astro-ph.CO hep-ph
Dark-ages Reionization & Galaxy Formation Simulation I: The dynamical lives of high redshift galaxies
我们提出了黑暗时代再电离和星系形成观测的数值模拟（DRAGONS）程序和Tiamat，碰撞N体模拟程序，DRAGONS是建立在。Tiamat区别于其他大型模拟程序的主要特点是它在高红移时的输出密度（从z=35到z=5为100;大约每1000万年一个），这使得在星系形成迅速且合并非常频繁的时代能够构建非常精确的合并树。我们发现朋友的朋友晕质量函数与Watson等人的预测一致。在高质量时，但在低质量时偏离，这可能是由于我们使用了不同的晕发现者，也可能是因为我们打破了“普遍”行为。然后，我们分析了星系在再电离时期的动力学演化，发现只有一小部分（~20%）的星系晕是松弛的。我们使用标准弛豫度量来说明这一点，以建立两个动态恢复时间尺度：i）晕形成后需要约1.5个动力学时间，ii）主要（3：1）或次要（10：1）合并后需要约2个动力学时间。这在很大的质量范围内是非常一致的。最后，我们使用相空间晕发现者来说明，主要的合并驱动长寿命的大规模相空间结构，需要许多动力学时间消散。这可能会产生显着的差异，推断质量积聚的星系晕，我们建议，必须小心，以确保物理上有意义的匹配之间的星系形成物理的半解析模型和晕发现者提供他们的输入。
2016-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Surface roughness interpretation of 730 kg days CRESST-II results
在最近发表的CRESST-II结果中提出的分析发现，在接受区域中，登记的事件在统计上显著超过已知的背景贡献，并将超额归因于可能的暗物质信号，这是由相对较轻的WIMP散射引起的。我们提出了一个机制，解释了多余的事件与离子溅射所造成的206铅反冲和α粒子从210 Po衰变，结合现实的表面粗糙度的影响。
2012-07-16 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Multi-lepton signatures at LHC from sneutrino dark matter
我们研究了由包含右手中微子超场的标准最小超对称模型（MSSM）在大统一尺度上的扩展所产生的多轻子LHC信号。在这个框架中，中微子具有狄拉克质量，混合中微子是最轻的超对称粒子，因此是暗物质的候选者。我们分析了模型参数空间中的超中微子是一个很好的暗物质粒子，并有一个直接检测截面与LUX约束兼容。研究该区域的超对称质谱，我们发现了几个与LHC相关的特征，这与中性伴子暗物质的MSSM预测不同。例如两个相反符号和不同味的轻子，三个不相关的轻子和长寿命态是最有代表性的。通过对信号和预期背景的模拟，我们发现多轻子信号和长寿命态是在未来运行的LHC的亮度为100/fb的范围内。我们指出，如果这些签名之一被检测到，它可能是一个指示sneutrino暗物质。
2014-03-26 astro-ph.CO hep-ph
